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Unter Verwendung des Sui-Chongqing-Eisenbahnhangs als Forschungsobjekt werden Bodenwiderstand, Bodenelektrochemie (Korrosionspotential, Redoxpotential, Potentialgradient und pH-Wert), Bodenanionen (gesamte lösliche Salze, Cl-, SO42- und) und Bodenernährung (Feuchtigkeitsgehalt, organische Substanz, Gesamtstickstoff, alkalihydrolysierter Stickstoff, verfügbarer Phosphor, verfügbares Kalium) untersucht. Unter verschiedenen Steigungen wird der Korrosionsgrad anhand der einzelnen Indikatoren und umfassenden Indikatoren von künstlichem Boden bewertet. Im Vergleich zu anderen Faktoren hat Wasser den größten Einfluss auf die Korrosion des Böschungsschutznetzes, gefolgt vom Anionengehalt. Das gesamte lösliche Salz hat einen mäßigen Einfluss auf die Korrosion des Böschungsschutznetzes, und der Streustrom hat einen mäßigen Einfluss auf die Korrosion des Böschungsschutznetzes. Der Korrosionsgrad der Bodenproben wurde umfassend bewertet, und die Korrosion am oberen Hang war mäßig, und die Korrosion an den mittleren und unteren Hängen war stark. Die organische Substanz im Boden korrelierte signifikant mit dem Potentialgefälle. Verfügbarer Stickstoff, verfügbares Kalium und verfügbarer Phosphor korrelierten signifikant mit Anionen. Die Verteilung der Bodennährstoffe hängt indirekt mit der Neigungsart zusammen.
Beim Bau von Eisenbahnen, Autobahnen und Wasserschutzanlagen sind Bergöffnungen oft unvermeidbar.Aufgrund der Berge im Südwesten erfordert der Eisenbahnbau in China einen großen Aushub des Berges.Es zerstört den ursprünglichen Boden und die ursprüngliche Vegetation, wodurch freiliegende Felshänge entstehen.Diese Situation führt zu Erdrutschen und Bodenerosion und gefährdet somit die Sicherheit des Eisenbahnverkehrs.Erdrutsche sind schlecht für den Straßenverkehr, insbesondere nach dem Erdbeben in Wenchuan am 12. Mai 2008.Erdrutsche sind geworden eine weitverbreitete und schwere Erdbebenkatastrophe1.Bei der Bewertung von 4.243 Kilometern wichtiger Fernstraßen in der Provinz Sichuan im Jahr 2008 kam es zu 1.736 schweren Erdbebenkatastrophen in Straßenbetten und Hangstützmauern, was 39,76 % der Gesamtlänge der Bewertung ausmachte. Die direkten wirtschaftlichen Verluste durch Straßenschäden überstiegen 58 Milliarden Yuan 2,3. Globale Beispiele zeigen, dass Geogefahren nach einem Erdbeben mindestens 10 Jahre (Erdbeben in Taiwan) und sogar 40 Jahre andauern können -50 Jahre (Kanto-Erdbeben in Japan)4,5.Das Gefälle ist der Hauptfaktor, der die Erdbebengefahr beeinflusst6,7.Daher ist es notwendig, das Straßengefälle zu erhalten und seine Stabilität zu stärken.Pflanzen spielen eine unersetzliche Rolle beim Hangschutz und bei der Wiederherstellung ökologischer Landschaften8.Im Vergleich zu gewöhnlichen Bodenhängen häufen sich an Felshängen keine Nährstofffaktoren wie organische Stoffe, Stickstoff, Phosphor und Kalium an und sie verfügen nicht über die Bodenumgebung, die für das Vegetationswachstum erforderlich ist.Aufgrund von Faktoren wie großem Gefälle und Regenerosion sion, Hangboden geht leicht verloren. Die Hangumgebung ist rau, es fehlen die notwendigen Bedingungen für das Pflanzenwachstum und dem Hangboden fehlt die Stützstabilität Legen Sie Stacheldraht auf den Felsen, befestigen Sie den Stacheldraht dann mit Nieten und Ankerbolzen und sprühen Sie schließlich mit einem speziellen Sprühgerät künstlichen Boden, der Samen enthält, auf den Hang. Meistens wird das rautenförmige 14#-Metallgeflecht verwendet, das vollständig verzinkt ist, mit einem Maschenstandard von 5 cm x 5 cm und einem Durchmesser von 2 mm auf die Eigenschaften des Bodens. Die Bewertung von Bodenkorrosionsfaktoren ist von großer Bedeutung für die Bewertung der bodeninduzierten Metallgeflechterosion und die Beseitigung von Erdrutschgefahren.
Es wird angenommen, dass Pflanzenwurzeln eine entscheidende Rolle bei der Hangstabilisierung und dem Erosionsschutz spielen10,11,12,13,14. Um Hänge gegen flache Erdrutsche zu stabilisieren, kann Vegetation verwendet werden, da Pflanzenwurzeln den Boden fixieren können, um Erdrutsche zu verhindern15,16,17. Holzvegetation, insbesondere Bäume, hilft, flache Erdrutsche zu verhindern18. Eine stabile Schutzstruktur, die aus den vertikalen und seitlichen Wurzelsystemen von Pflanzen besteht, die als verstärkende Pfähle im Boden fungieren. Die Entwicklung von Wurzelarchitekturmustern wird vorangetrieben durch Gene und die Bodenumgebung spielen bei diesen Prozessen eine entscheidende Rolle. Die Korrosion von Metallen variiert je nach Bodenumgebung. 20 Der Grad der Korrosion von Metallen im Boden kann von einer relativ schnellen Auflösung bis zu einer vernachlässigbaren Auswirkung reichen Dass der Felshang und der künstliche Boden sicher funktionieren können, steht in direktem Zusammenhang mit der Entwicklung der natürlichen Wirtschaft, der Sicherheit des Lebens und der Verbesserung der ökologischen Umwelt.
Allerdings kann die Korrosion von Metallen zu enormen Verlusten führen. Laut einer in China Anfang der 1980er Jahre durchgeführten Umfrage zu chemischen Maschinen und anderen Industrien machten die durch Metallkorrosion verursachten Verluste 4 % des Gesamtproduktionswerts aus. Daher ist es von großer Bedeutung, den Korrosionsmechanismus zu untersuchen und Schutzmaßnahmen für den wirtschaftlichen Aufbau zu ergreifen. Der Boden ist ein komplexes System aus Gasen, Flüssigkeiten, Feststoffen und Mikroorganismen. Mikrobielle Metaboliten können Materialien korrodieren, und auch Streuströme können Korrosion verursachen. Daher Es ist wichtig, die Korrosion von im Boden vergrabenen Metallen zu verhindern. Derzeit konzentriert sich die Forschung zur Korrosion vergrabener Metalle hauptsächlich auf (1) Faktoren, die die Korrosion vergrabener Metalle beeinflussen25;(2) Metallschutzmethoden26,27;(3) Beurteilungsmethoden für den Grad der Metallkorrosion28;Korrosion in verschiedenen Medien. Alle untersuchten Böden waren jedoch natürlich und hatten ausreichende Bodenbildungsprozesse durchlaufen. Es gibt jedoch keinen Bericht über künstliche Bodenerosion an Bahnfelshängen.
Im Vergleich zu anderen korrosiven Medien weist künstlicher Boden die Merkmale Illiquidität, Heterogenität, Saisonalität und Regionalität auf. Metallkorrosion in künstlichen Böden wird durch elektrochemische Wechselwirkungen zwischen Metallen und künstlichen Böden verursacht. Neben angeborenen Faktoren hängt die Geschwindigkeit der Metallkorrosion auch von der Umgebung ab. Eine Vielzahl von Faktoren beeinflussen die Metallkorrosion einzeln oder in Kombination, wie z. B. Feuchtigkeitsgehalt, Sauerstoffgehalt, Gesamtgehalt an löslichen Salzen, Anionen- und Metallionengehalt, pH-Wert und Bodenmikroben30,31,32.
In 30 Jahren Praxis war die Frage, wie künstliche Böden an felsigen Hängen dauerhaft erhalten werden können, ein Problem33. Sträucher oder Bäume können auf einigen Hängen aufgrund von Bodenerosion nach 10 Jahren manueller Pflege nicht wachsen erzeugt durch Stadtbahnen und Korrosion von Eisenbahnbrücken34,35, Gleisen und anderen Fahrzeugausrüstungen36. Es liegen keine Berichte über Korrosion des Metallgeflechts zum Schutz der Eisenbahnböschung vor. In diesem Artikel werden die physikalischen, chemischen und elektrochemischen Eigenschaften künstlicher Böden am südwestlichen Felshang der Suiyu-Eisenbahn untersucht. Ziel ist es, Metallkorrosion durch Bewertung der Bodeneigenschaften vorherzusagen und theoretische und praktische Grundlagen für die Wiederherstellung von Bodenökosystemen und künstlichen Wiederherstellungen zu schaffen. Hang künstlich.
Das Testgelände befindet sich im hügeligen Gebiet von Sichuan (30°32′N, 105°32′E) in der Nähe des Bahnhofs Suining. Das Gebiet liegt in der Mitte des Sichuan-Beckens mit niedrigen Bergen und Hügeln, einer einfachen geologischen Struktur und flachem Gelände. Erosion, Schneiden und Ansammlung von Wasser erzeugen erodierte Hügellandschaften. Das Grundgestein besteht hauptsächlich aus Kalkstein, und die Deckschicht besteht hauptsächlich aus violettem Sand und Schlammstein. Die Integrität ist schlecht und das Gestein ist blockig Struktur. Das Untersuchungsgebiet hat ein subtropisches feuchtes Monsunklima mit saisonalen Merkmalen von frühem Frühling, heißem Sommer, kurzem Herbst und spätem Winter. Die Niederschläge sind reichlich, die Licht- und Wärmeressourcen sind reichlich vorhanden, die frostfreie Zeit ist lang (durchschnittlich 285 Tage), das Klima ist mild, die jährliche Durchschnittstemperatur beträgt 17,4 °C, die Durchschnittstemperatur des heißesten Monats (August) beträgt 27,2 °C und die extreme Höchsttemperatur beträgt 39,3 °C. Der kälteste Monat ist der Januar (Durchschnittstemperatur). beträgt 6,5 °C), die extreme Tiefsttemperatur beträgt -3,8 °C und der jährliche durchschnittliche Niederschlag beträgt 920 mm, hauptsächlich im Juli und August. Die Niederschläge im Frühling, Sommer, Herbst und Winter variieren stark.Der Niederschlagsanteil in jeder Jahreszeit beträgt 19–21 %, 51–54 %, 22–24 % bzw. 4–5 %.
Der Forschungsstandort liegt an einem Hang von etwa 45° am Hang der 2003 gebauten Yu-Sui-Eisenbahn. Im April 2012 war er nach Süden ausgerichtet, nur 1 km vom Bahnhof Suining entfernt.Der natürliche Hang wurde als Kontrolle verwendet. Bei der ökologischen Sanierung des Hangs wird die ausländische Topdressing-Bodensprühtechnologie für die ökologische Sanierung übernommen. Entsprechend der Höhe des Bahnhangs kann der Hang in Steigung, Mittelhang und Gefälle unterteilt werden (Abb. 2). Da die Dicke des künstlichen Bodens am Schnitthang etwa 10 cm beträgt, verwenden wir zur Vermeidung der Verschmutzung der Korrosionsprodukte des Bodenmetallgeflechts nur eine Schaufel aus rostfreiem Stahl, um die Bodenoberfläche von 0 bis 8 cm aufzunehmen.F Unsere Replikate wurden für jede Hangposition mit 15 bis 20 zufälligen Probenahmepunkten pro Replikat festgelegt. Jedes Replikat ist eine Mischung aus 15 bis 20 zufällig aus S-förmigen Linienprobenahmepunkten ermittelten Proben 0-Mesh-Nylonsieb mit Ausnahme der groben Partikel.
Der Bodenwiderstand wurde mit dem Erdungswiderstandstester VICTOR4106 der Shengli Instrument Company gemessen;der Bodenwiderstand wurde im Feld gemessen;Die Bodenfeuchtigkeit wurde mit der Trocknungsmethode gemessen. Das tragbare digitale mv/pH-Gerät DMP-2 verfügt über eine hohe Eingangsimpedanz zur Messung des Bodenkorrosionspotenzials. Potentialgradient und Redoxpotential wurden mit dem tragbaren digitalen mv/pH-Gerät DMP-2 bestimmt, das gesamte lösliche Salz im Boden wurde mit der Rückstandstrocknungsmethode bestimmt, der Chloridionengehalt im Boden wurde mit der AgNO3-Titrationsmethode (Mohr-Methode) bestimmt, der Sulfatgehalt des Bodens wurde mit der indirekten EDTA-Titrationsmethode bestimmt, Doppelindikatortitrationsmethode zur Bestimmung von Bodenkarbonat und -bikarbonat, Kaliumdichromat Oxidationserhitzungsmethode zur Bestimmung organischer Bodensubstanz, Diffusionsmethode mit alkalischer Lösung zur Bestimmung von alkalischem Hydrolysestickstoff im Boden, H2SO4-HClO4-Aufschluss Mo-Sb-Kolorimetriemethode Der Gesamtphosphor im Boden und der verfügbare Phosphorgehalt im Boden wurden mit der Olsen-Methode (0,05 mol/l NaHCO3-Lösung als Extraktionsmittel) bestimmt, und der Gesamtkaliumgehalt im Boden wurde mit Natriumhydroxid-Fusionsflammenphotometrie bestimmt.
Die experimentellen Daten wurden zunächst systematisiert. SPSS Statistics 20 wurde verwendet, um Mittelwert, Standardabweichung, einfaktorielle ANOVA und menschliche Korrelationsanalyse durchzuführen.
Tabelle 1 zeigt die elektromechanischen Eigenschaften, Anionen und Nährstoffe von Böden mit unterschiedlichen Hängen. Das Korrosionspotential, der Bodenwiderstand und den Ostwestpotentialgradienten von Hängen waren signifikant (p <0,05). Der Redoxpotentiale von Abwärtsabwärts-Abwärts-Downhill, Mid-Slope und natürliche Steigung waren signifikant (p <0,05). Der Ablauf des Potentials. Der Ablauf des Potentials. Der Ablauf des Potentials. Der Ablauf des Potentials, das Abtriebs-Potential-Perpendie-Perpendikular bis zur Perpendikular-Perpendikular-Perpendie-Perpendie-Perpendie, die Heuchtigkeit. mittlerer Neigung. Der pH-Wert des Bodens befand sich in der Größenordnung von Downslope> bergauf> mittlerer Neigung> natürlicher Neigung. Totales lösliches Salz war die natürliche Neigung signifikant höher als die Eisenbahnneigung (p <0,05). Der gesamte lösliche Salzgehalt des dritten Railway-Hangs im Gesamthaufen des Lösungssalutels im Haufen mit modellem Effekt. Die mit modierenden Effekte mit modiertem Effekt. Die mit einem modierenden Effekt von modierten Effekten. Der mit einem modierende Body-Body-Body-Haufen. Das Gesamt-Soloble-Haufen. Der mit einem modierten Bahn-Bahnen. Der mit einem modierten Bahnen. Die mit einem modierten Bahnen. Das Gesamt-Soloble-Haufen. Der mit einem modierenden Effekt. Der mit einem modierenden Effekt. Das Gesamt-Soloble. Die Abwärtsneigung (p <0,05). Der Gesamtstickstoffgehalt war am höchsten in der mittleren Steigung und der niedrigste in der Bergaufneigung;Der verfügbare Stickstoffgehalt war im Gefälle und Mittelhang am höchsten und im natürlichen Hang am niedrigsten.Der Gesamtstickstoffgehalt der Bahnstrecke bergauf und bergab war niedriger, aber der verfügbare Stickstoffgehalt war höher. Dies deutet darauf hin, dass die Mineralisierungsrate des organischen Stickstoffs bergauf und bergab schnell ist. Der verfügbare Kaliumgehalt ist der gleiche wie der verfügbare Phosphor.
Der Bodenwiderstand ist ein Index, der die elektrische Leitfähigkeit angibt und ein grundlegender Parameter zur Beurteilung der Bodenkorrosion ist. Zu den Faktoren, die den Bodenwiderstand beeinflussen, gehören Feuchtigkeitsgehalt, Gesamtgehalt an löslichem Salz, pH-Wert, Bodentextur, Temperatur, Gehalt an organischer Substanz, Bodentemperatur und Dichtheit. Im Allgemeinen sind Böden mit niedrigem Widerstand korrosiver und umgekehrt. Die Verwendung des Widerstands zur Beurteilung der Bodenkorrosivität ist eine in verschiedenen Ländern häufig verwendete Methode. Tabelle 1 zeigt die Bewertungskriterien für den Korrosivitätsgrad für jeden einzelnen Index37,38.
Gemäß den Testergebnissen und Standards in meinem Land (Tabelle 1) ist der Boden am Berghang stark korrosiv, wenn die Bodenkorrosivität nur anhand des Bodenwiderstands bewertet wird.der Boden am Abhang ist mäßig korrosiv;Die Bodenkorrosivität am Mittelhang und am natürlichen Hang ist relativ gering und schwach.
Der Bodenwiderstand des Berghangs ist erheblich geringer als der anderer Teile des Hangs, was durch Regenerosion verursacht werden kann. Der Oberboden am Berghang fließt mit dem Wasser zum Mittelhang, so dass sich das Hangschutznetz aus Metall dicht am Oberboden befindet. Einige der Metallnetze waren freigelegt und schwebten sogar in der Luft (Abbildung 1). Der Bodenwiderstand wurde vor Ort gemessen;Der Pfahlabstand betrug 3 m;Die Pfahlrammtiefe lag unter 15 cm. Blankes Metallgeflecht und abblätternder Rost können die Messergebnisse beeinträchtigen. Daher ist es unzuverlässig, die Bodenkorrosivität nur anhand des Bodenwiderstandsindex zu bewerten. Bei der umfassenden Bewertung der Korrosion wird der Bodenwiderstand des Hangs nicht berücksichtigt.
Aufgrund der hohen relativen Luftfeuchtigkeit führt die immer wieder feuchte Luft im Sichuan-Gebiet dazu, dass das der Luft ausgesetzte Metallgeflecht stärker korrodiert als das im Boden vergrabene Metallgeflecht.39 Der Kontakt des Drahtgeflechts mit der Luft kann zu einer verkürzten Lebensdauer führen, was zur Destabilisierung von Böden in Hanglagen führen kann Verbessern Sie die Bodenqualität und erhöhen Sie den Humusgehalt im Boden, der nicht nur Wasser speichern kann, sondern auch eine gute Umgebung für das Wachstum und die Fortpflanzung von Tieren und Pflanzen bietet und dadurch den Bodenverlust verringert. Daher sollten in der frühen Bauphase mehr Holzsamen am Hang gesät werden, und wasserspeichernde Mittel sollten kontinuierlich hinzugefügt und zum Schutz mit einer Folie abgedeckt werden, um die Erosion des Hangbodens durch Regenwasser zu verringern.
Das Korrosionspotenzial ist ein wichtiger Faktor, der die Korrosion des Böschungsschutznetzes an der dreistufigen Böschung beeinflusst, und hat den größten Einfluss auf die Steigung (Tabelle 2). Unter normalen Bedingungen ändert sich das Korrosionspotenzial in einer bestimmten Umgebung nicht wesentlich. Die Skalenelektrifizierung und die Korrosion von vergrabenen Metallen, die durch Gleichstromlecks von elektrifizierten Eisenbahnen verursacht werden, können nicht ignoriert werden. Derzeit kann der Bodenpotenzialgradient verwendet werden, um zu bestimmen, ob der Boden Streustromstörungen enthält. Wenn der Potenzialgradient des Oberflächenbodens weniger als 0,5 mV/m beträgt, ist der Streustrom gering;wenn der Potentialgradient im Bereich von 0,5 mV/m bis 5,0 mV/m liegt, ist der Streustrom moderat;Wenn der Potentialgradient größer als 5,0 mv/m ist, ist der Streustrompegel hoch. Der schwebende Bereich des Potentialgradienten (EW) in der Mitte des Hangs, bergauf und bergab ist in Abbildung 3 dargestellt. In Bezug auf den schwebenden Bereich gibt es mäßige Streuströme in der Ost-West- und Nord-Süd-Richtung des mittleren Hangs. Daher ist der Streustrom ein wichtiger Faktor, der die Korrosion von Metallgeflechten insbesondere in der Hangmitte und bergab beeinflusst auf Mittelhang.
Im Allgemeinen zeigt das Redoxpotential des Bodens (Eh) über 400 mV die Oxidationsfähigkeit an, über 0–200 mV eine mittlere Reduktionsfähigkeit und unter 0 mV eine große Reduktionsfähigkeit sehr klein.Es zeigt, dass der Bodenbelüftungszustand von Hangland gut ist, was der Korrosion anaerober Mikroorganismen im Boden nicht förderlich ist.
Frühere Studien haben gezeigt, dass der Einfluss des pH-Werts des Bodens auf die Bodenerosion offensichtlich ist. Mit der Schwankung des pH-Werts wird die Korrosionsrate von Metallmaterialien erheblich beeinflusst. Der pH-Wert des Bodens hängt eng mit der Fläche und den Mikroorganismen im Boden zusammen45,46,47. Im Allgemeinen ist die Auswirkung des pH-Werts des Bodens auf die Korrosion von Metallmaterialien in leicht alkalischen Böden nicht offensichtlich. Die Böden der drei Eisenbahnhänge sind alle alkalisch, daher ist die Auswirkung des pH-Werts auf die Korrosion des Metallnetzes schwach.
Wie aus Tabelle 3 ersichtlich ist, zeigt die Korrelationsanalyse, dass das Redoxpotential und die Steigungsposition signifikant positiv korreliert sind (R2 = 0,858), dass das Korrosionspotential und der Potentialgradient (SN) signifikant positiv korreliert sind (R2 = 0,755) und dass das Redoxpotential und der Potentialgradient (SN) signifikant positiv korreliert sind (R2 = 0,755).Es gab eine signifikante negative Korrelation zwischen Potenzial und pH-Wert (R2 = -0,724). Die Hangposition korrelierte signifikant positiv mit dem Redoxpotential. Dies zeigt, dass es Unterschiede in der Mikroumgebung verschiedener Hangpositionen gibt und Bodenmikroorganismen eng mit dem Redoxpotential zusammenhängen48, 49, 50. Das Redoxpotential korrelierte signifikant negativ mit pH51,52. Diese Beziehung zeigte, dass sich pH- und Eh-Werte während des Bodenredoxprozesses nicht immer synchron änderten, sondern hatte eine negative lineare Beziehung. Das Metallkorrosionspotential kann die relative Fähigkeit darstellen, Elektronen aufzunehmen und zu verlieren. Obwohl das Korrosionspotential deutlich positiv mit dem Potentialgradienten (SN) korreliert, kann der Potentialgradient durch den leichten Verlust von Elektronen durch das Metall verursacht werden.
Der Gesamtgehalt an löslichen Salzen im Boden steht in engem Zusammenhang mit der Korrosivität des Bodens. Generell gilt: Je höher der Salzgehalt des Bodens, desto niedriger der spezifische Widerstand des Bodens, wodurch sich der Widerstand des Bodens erhöht. In Bodenelektrolyten sind nicht nur die Anionen und unterschiedliche Bereiche, sondern auch die Korrosionseinflüsse hauptsächlich Karbonate, Chloride und Sulfate. Darüber hinaus beeinflusst der Gesamtgehalt an löslichen Salzen im Boden indirekt die Korrosion durch den Einfluss anderer Faktoren, wie z. B. die Wirkung des Elektrodenpotentials in Metallen und die Sauerstofflöslichkeit des Bodens53.
Die meisten löslichen salzdissoziierten Ionen im Boden nehmen nicht direkt an elektrochemischen Reaktionen teil, sondern beeinflussen die Metallkorrosion durch den Bodenwiderstand. Je höher der Salzgehalt des Bodens, desto stärker ist die Leitfähigkeit des Bodens und desto stärker die Bodenerosion. Der Salzgehalt des Bodens an natürlichen Hängen ist deutlich höher als der von Eisenbahnhängen, was möglicherweise daran liegt, dass natürliche Hänge reich an Vegetation sind, was dem Boden- und Wasserschutz förderlich ist. Ein weiterer Grund kann sein, dass der natürliche Hang eine reife Bodenbildung erfahren hat (Bodenmaterialbildung). durch Gesteinsverwitterung), aber der Bahnhangboden besteht aus Schotterfragmenten als Matrix des „künstlichen Bodens“ und hat keinen ausreichenden Bodenbildungsprozess durchlaufen.Mineralien werden nicht freigesetzt. Darüber hinaus steigen die Salzionen im tiefen Boden natürlicher Hänge durch Kapillarwirkung während der Oberflächenverdunstung auf und reichern sich im Oberflächenboden an, was zu einem Anstieg des Gehalts an Salzionen im Oberflächenboden führt. Die Bodendicke des Eisenbahnhangs beträgt weniger als 20 cm, was dazu führt, dass der Oberboden das Salz aus dem tiefen Boden nicht ergänzen kann.
Positive Ionen (wie K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ usw.) haben nur geringe Auswirkungen auf die Bodenkorrosion, während Anionen eine wichtige Rolle im elektrochemischen Korrosionsprozess spielen und einen erheblichen Einfluss auf die Metallkorrosion haben. Cl− kann die Korrosion der Anode beschleunigen und ist das korrosivste Anion;Je höher der Cl−-Gehalt, desto stärker die Bodenkorrosion. SO42− fördert nicht nur die Korrosion von Stahl, sondern verursacht auch Korrosion in einigen Betonmaterialien54. Korrodiert auch Eisen. In einer Reihe von Experimenten mit sauren Böden wurde festgestellt, dass die Korrosionsrate proportional zum Säuregehalt des Bodens ist55. Chlorid und Sulfat sind die Hauptbestandteile löslicher Salze, die die Kavitation von Metallen direkt beschleunigen können. Studien haben gezeigt, dass der Korrosionsgewichtsverlust von Kohlenstoffstahl in alkalischen Böden nahezu proportional zur Zugabe von Chlorid und Sulfat ist Ionen56,57.Lee et al.fanden heraus, dass SO42- die Korrosion zwar behindern, aber die Entstehung bereits gebildeter Korrosionsgruben fördern kann58.
Gemäß dem Bewertungsstandard für die Bodenkorrosivität und den Testergebnissen lag der Chloridionengehalt in jeder Hangbodenprobe über 100 mg/kg, was auf eine starke Bodenkorrosivität hinweist. Der Sulfationengehalt sowohl der Bergauf- als auch der Bergabhänge lag über 200 mg/kg und unter 500 mg/kg, und der Boden war mäßig korrodiert. Der Sulfationengehalt im Mittelhang liegt unter 200 mg/kg und die Bodenkorrosion ist schwach Konzentration nimmt es an der Reaktion teil und erzeugt Korrosionsablagerungen auf der Oberfläche der Metallelektrode, wodurch die Korrosionsreaktion verlangsamt wird. Mit zunehmender Konzentration kann die Ablagerung plötzlich brechen, wodurch die Korrosionsrate erheblich beschleunigt wird.Wenn die Konzentration weiter ansteigt, bedeckt der Korrosionsbelag die Oberfläche der Metallelektrode, und die Korrosionsrate zeigt wieder einen langsameren Trend59. Die Studie ergab, dass die Menge im Boden geringer war und daher nur geringe Auswirkungen auf die Korrosion hatte.
Gemäß Tabelle 4 zeigte die Korrelation zwischen Gefälle und Bodenanionen, dass es eine signifikante positive Korrelation zwischen Gefälle und Chloridionen (R2=0,836) und eine signifikante positive Korrelation zwischen Gefälle und den gesamten löslichen Salzen (R2=0,742) gab.
Dies deutet darauf hin, dass Oberflächenabfluss und Bodenerosion für die Veränderungen der gesamten löslichen Salze im Boden verantwortlich sein könnten. Es gab eine signifikante positive Korrelation zwischen den gesamten löslichen Salzen und den Chloridionen, was möglicherweise darauf zurückzuführen ist, dass die gesamten löslichen Salze der Pool der Chloridionen sind und der Gehalt der gesamten löslichen Salze den Gehalt der Chloridionen in Bodenlösungen bestimmt. Daher können wir wissen, dass der Unterschied in der Neigung zu schwerer Korrosion des Metallgitterteils führen kann.
Organische Substanz, Gesamtstickstoff, verfügbarer Stickstoff, verfügbarer Phosphor und verfügbares Kalium sind die Grundnährstoffe des Bodens, die sich auf die Bodenqualität und die Aufnahme von Nährstoffen durch das Wurzelsystem auswirken. Bodennährstoffe sind ein wichtiger Faktor, der die Mikroorganismen im Boden beeinflusst, daher lohnt es sich zu untersuchen, ob ein Zusammenhang zwischen Bodennährstoffen und Metallkorrosion besteht. Die Suiyu-Eisenbahn wurde 2003 fertiggestellt, was bedeutet, dass der künstliche Boden erst 9 Jahre lang organische Stoffe angesammelt hat. Aufgrund der Besonderheit von künstlichem Boden ist ein gutes Verständnis erforderlich die Nährstoffe in künstlichem Boden.
Die Untersuchung zeigt, dass der Gehalt an organischer Substanz im natürlichen Hangboden nach dem gesamten Bodenbildungsprozess am höchsten ist. Der Gehalt an organischer Substanz im Flachhangboden war am niedrigsten. Aufgrund des Einflusses von Witterungseinflüssen und Oberflächenabfluss sammeln sich Bodennährstoffe in der Hangmitte und am Hanghang an und bilden eine dicke Humusschicht. Aufgrund der kleinen Partikel und der geringen Stabilität des Bodens mit niedrigem Hanghang wird organische Substanz jedoch leicht von Mikroorganismen zersetzt waren hoch, aber die Homogenität war gering, was zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Oberflächennährstoffe führen kann. Eine dicke Humusschicht speichert Wasser und die Bodenorganismen sind aktiv. All dies beschleunigt den Abbau organischer Stoffe im Boden.
Der Gehalt an alkalischem hydrolysiertem Stickstoff der Bergbahnen, der Mittelhangbahnen und der Hangabhänge war höher als der des natürlichen Hangs, was darauf hindeutet, dass die Mineralisierungsrate des organischen Stickstoffs am Bahnhang deutlich höher war als die des natürlichen Hangs Die Menge an kleinen Partikelaggregaten im Boden von Eisenbahnböschungen war deutlich höher als bei natürlichen Böschungen. Daher müssen geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um den Gehalt an Düngemitteln, organischer Substanz und Stickstoff im Boden der Eisenbahnböschung zu erhöhen und die nachhaltige Nutzung des Bodens zu verbessern. Die durch Oberflächenabfluss verursachte Verschwendung von verfügbarem Phosphor und verfügbarem Kalium machte 77,27 % bis 99,79 % des Gesamtverlusts von Eisenbahnböschungen aus. Oberflächenabfluss kann der Hauptgrund für den Verlust verfügbarer Nährstoffe in Hangböden sein63,64 ,65.
Wie in Tabelle 4 gezeigt, gab es eine signifikante positive Korrelation zwischen der Hanglage und dem verfügbaren Phosphor (R2=0,948), und die Korrelation zwischen der Hanglage und dem verfügbaren Kalium war dieselbe (R2=0,898). Es zeigt, dass die Hanglage den Gehalt an verfügbarem Phosphor und verfügbarem Kalium im Boden beeinflusst.
Das Gefälle ist ein wichtiger Faktor, der den Gehalt an organischer Substanz im Boden und die Stickstoffanreicherung beeinflusst66, und je kleiner das Gefälle, desto größer die Anreicherungsrate. Bei der Nährstoffanreicherung im Boden war der Nährstoffverlust abgeschwächt, und die Auswirkung der Hanglage auf den Gehalt an organischer Substanz im Boden und die Gesamtstickstoffanreicherung war nicht offensichtlich. Unterschiedliche Arten und Anzahlen von Pflanzen an unterschiedlichen Hängen haben unterschiedliche organische Säuren, die von Pflanzenwurzeln abgesondert werden. Organische Säuren wirken sich positiv auf die Fixierung von verfügbarem Phosphor und verfügbarem Kalium im Boden aus. Daher gab es eine signifikante Korrelation zwischen der Hangposition und der verfügbaren Menge Phosphor, Hanglage und verfügbares Kalium.
Um den Zusammenhang zwischen Bodennährstoffen und Bodenkorrosion zu klären, ist es notwendig, die Korrelation zu analysieren. Wie in Tabelle 5 gezeigt, korrelierte das Redoxpotential signifikant negativ mit dem verfügbaren Stickstoff (R2 = -0,845) und signifikant positiv mit dem verfügbaren Phosphor (R2 = 0,842) und dem verfügbaren Kalium (R2 = 0,980). Daher ist es ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung der Richtung der Nährstoffumwandlung im Boden67. Unterschiedliche Redoxqualitäten können zu unterschiedlichen Zuständen und der Verfügbarkeit von Nährstofffaktoren führen. Daher weist das Redoxpotential eine signifikante Korrelation mit dem verfügbaren Stickstoff, dem verfügbaren Phosphor und dem verfügbaren Kalium auf.
Zusätzlich zu den Metalleigenschaften hängt das Korrosionspotenzial auch mit den Bodeneigenschaften zusammen. Das Korrosionspotenzial korrelierte signifikant negativ mit der organischen Substanz, was darauf hindeutet, dass organische Substanzen einen signifikanten Einfluss auf das Korrosionspotential hatten. Darüber hinaus korrelierte die organische Substanz auch signifikant negativ mit dem Potentialgradienten (SN) (R2=-0,713) und den Sulfationen (R2=-0,671), was darauf hindeutet, dass der Gehalt an organischer Substanz auch den Potentialgradienten (SN) und die Sulfationen beeinflusst. Es gab eine signifikante negative Korrelation zwischen dem pH-Wert des Bodens und dem verfügbaren Kalium (R2 = -0). .728).
Der verfügbare Stickstoff korrelierte signifikant negativ mit den gesamten löslichen Salzen und Chloridionen, und der verfügbare Phosphor und das verfügbare Kalium korrelierten signifikant positiv mit den gesamten löslichen Salzen und Chloridionen. Dies deutete darauf hin, dass der verfügbare Nährstoffgehalt die Menge der gesamten löslichen Salze und Chloridionen im Boden erheblich beeinflusste und Anionen im Boden nicht zur Ansammlung und Versorgung der verfügbaren Nährstoffe beitrugen. Der Gesamtstickstoff korrelierte signifikant negativ mit den Sulfationen und signifikant positiv mit Bicarbonat, was darauf hindeutet, dass der Gesamtstickstoff einen Einfluss auf den Gehalt hatte Sulfat und Bikarbonat.Pflanzen haben einen geringen Bedarf an Sulfationen und Bikarbonationen, daher liegen die meisten davon frei im Boden vor oder werden von Bodenkolloiden absorbiert.Bikarbonationen begünstigen die Anreicherung von Stickstoff im Boden und Sulfationen reduzieren die Verfügbarkeit von Stickstoff im Boden. Daher ist eine entsprechende Erhöhung des Gehalts an verfügbarem Stickstoff und Humus im Boden vorteilhaft, um die Bodenkorrosivität zu verringern.
Der Boden ist ein System mit komplexer Zusammensetzung und Eigenschaften.Bodenkorrosivität ist das Ergebnis der synergistischen Wirkung vieler Faktoren.Daher wird im Allgemeinen eine umfassende Bewertungsmethode zur Bewertung der Bodenkorrosivität verwendet. Unter Bezugnahme auf den „Code for Geotechnical Engineering Investigation“ (GB50021-94) und die Testmethoden des China Soil Corrosion Test Network kann der Grad der Bodenkorrosion umfassend gemäß den folgenden Standards bewertet werden: (1) Die Bewertung ist schwache Korrosion, wenn nur schwache Korrosion, gibt es keine mäßige Korrosion oder starke Korrosion;(2) Liegt keine starke Korrosion vor, wird sie als mäßige Korrosion bewertet;(3) Wenn an einer oder zwei Stellen starke Korrosion auftritt, wird dies als starke Korrosion bewertet.(4) Wenn es 3 oder mehr Stellen mit starker Korrosion gibt, wird dies als starke Korrosion für schwere Korrosion bewertet.
Die Korrosionsgrade von Bodenproben an verschiedenen Hanglagen wurden anhand des Bodenwiderstands, des Redoxpotentials, des Wassergehalts, des Salzgehalts, des pH-Werts sowie des Cl- und SO42-Gehalts umfassend bewertet. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die Böden an allen Hanglagen stark korrosiv sind.
Das Korrosionspotenzial ist ein wichtiger Faktor, der die Korrosion des Böschungsschutznetzes beeinflusst. Die Korrosionspotenziale der drei Böschungen liegen alle unter -200 mV, was den größten Einfluss auf die Korrosion des bergauf gelegenen Metallgeflechts hat. Der Potenzialgradient kann verwendet werden, um die Größe des Streustroms im Boden zu beurteilen. Streustrom ist ein wichtiger Faktor, der die Korrosion des Metallgeflechts an mittleren Böschungen und an bergauf liegenden Hängen, insbesondere an mittleren Böschungen, beeinflusst. Der Gesamtgehalt an löslichem Salz in den Böden der oberen, mittleren und unteren Böschungen lag alle darüber 500 mg/kg, und die Korrosionswirkung auf das Böschungsschutznetz war mäßig. Der Wassergehalt im Boden ist ein wichtiger Faktor, der die Korrosion von Metallnetzen in Hangmitte und Hangabwärts beeinflusst, und hat einen größeren Einfluss auf die Korrosion von Böschungsschutznetzen. Nährstoffe kommen am häufigsten im Boden in Böschungsmitte vor, was darauf hindeutet, dass dort häufig mikrobielle Aktivitäten und ein schnelles Pflanzenwachstum stattfinden.
Die Untersuchung zeigt, dass Korrosionspotenzial, Potenzialgefälle, Gesamtgehalt an löslichem Salz und Wassergehalt die Hauptfaktoren sind, die die Bodenkorrosion an den drei Hängen beeinflussen, und die Bodenkorrosivität wird als stark bewertet. Die Korrosion des Hangschutznetzes ist am mittleren Hang am schwerwiegendsten, was als Referenz für die Korrosionsschutzkonstruktion des Eisenbahnhangschutznetzes dient. Eine angemessene Zugabe von verfügbarem Stickstoff und organischem Dünger trägt dazu bei, die Bodenkorrosion zu reduzieren, das Pflanzenwachstum zu erleichtern und schließlich den Hang zu stabilisieren.
Zitierweise für diesen Artikel: Chen, J. et al.Auswirkungen der Bodenzusammensetzung und der Elektrochemie auf die Korrosion des Felshangnetzes entlang einer chinesischen Eisenbahnlinie.Wissenschaft.Rep.5, 14939;doi: 10.1038/srep14939 (2015).
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